التعريف بنقل الطاقة اللاسلكية لأغراض التكاثر البحري

وتتزايد الضغوط على صناعة النقل البحري العالمية من أجل إزالة الكربون، حيث تستهدف المنظمة البحرية الدولية تخفيضاً بنسبة 50 في المائة في انبعاثات غازات الدفيئة بحلول عام 2050 مقارنة بمستويات عام 2008، وتوفر الحركة البحرية الكهربائية مساراً واضحاً للأمام، ولكن التحديات العملية التي تواجه القدرة على البطاريات، وشحن الهياكل الأساسية، والسوقيات من جانب الموانئ قد اعتُمد اعتماداً محدوداً، وقد برزت عمليات نقل الطاقة اللاسلكية كعوامل للحلول تخفف من الصيانات المادية، مما يتيح بيئة شحنية.

وهذه التكنولوجيا ليست جديدة من حيث المبدأ؛ فقد كانت نيكولا تسلا رائدة في نقل الطاقة اللاسلكية منذ أكثر من قرن، غير أن التقدم الحديث في أجهزة توليد الطاقة الكهربائية، والدوائر المتروكة، وخوارزميات التحكم قد جعلا نظما ذات كفاءة عالية ومتعددة الكيلوات صالحة للاستخدام البحري، وقد أدى الضغط على الكهرباء في الشحنات القصيرة الأجل، وسفن الموانئ، والزوارق المستقلة، إلى تسريع البحوث في نظم الطاقة الكهربائية الفريدة.

أساسيات نقل الطاقة اللاسلكية في المستوطنات البحرية

ويتوقف نقل الطاقة اللاسلكية في الدفع البحري عادة على الوصلات المغنطة المغنطة ].() وتولد الفحم الأولي (المتحول) في حوض السفن حقل مغناطيسي متغير، مما يحفز على استخدام أجهزة توليد الطاقة في سائل ثانوي (تردد متلقي) مركب على السفينة.

وتشمل مقاييس الأداء الرئيسية في نظم الاحترار الحراري البحري ما يلي:

  • Transfer efficiency] — Typically 90-95% at opt alignment, but drops with misalignment or increased gap.
  • Power level] — Current systems range from tens of kilowatts for small launches to several megawatts for large ferries.
  • الامتثال التنظيمي - يجب أن تستوفي النظم معايير التوافق الكهرومغناطيسي لتجنب التدخل في الإلكترونيات الشاحنات ونظم الملاحة البحرية.

وبالمقارنة مع شحن المركبات الكهربائية الأرضية، يجب أن تتنافس القوات البحرية العاملة على المد والجزر والموجات وحركة السفن وتآكل المياه المالحة والتفريغ البيولوجي، ويجب أن تكون هذه الآبار مغلقة ودائمة ومصممة للتسامح مع سوء التصرف الناجم عن تقلب السفن وتنقلها بسرعة منخفضة.

التطورات التكنولوجية الأخيرة

وقد شهدت السنوات الخمس الماضية إنجازات كبيرة في ثلاثة مجالات حاسمة هي: تصميم الفحم، والإلكترونيات الكهربائية، ومراقبة النظم، وهذه التطورات تمكن شركة WPT من الانتقال من النماذج الأولية المختبرية إلى منشآت تجريبية تجارية على الأسمدة، والقوارب، وسفن البحث.

الهندسة المعمارية والمواد

فالكعبان الدموي التقليدي له قدرة محدودة على تحمله الجانب الأفقي، إذ أن أشكال التدوير الجديدة () والتراكمية (Double-D) وكمية التراكم (CaFLT:1] توفران زيادة التقارب على نطاق أوسع من أشكال سوء الفهم، أما بالنسبة للتطبيقات البحرية، التي تتفاوت فيها الدقة، فقد أظهرت هذه الأشكال التراكمية الحاجة إلى تحديد موقعها بدقة، فقد باحثون في جامعة آكلاند وفي وقت لاحق.

وتحتوي سلك ليتز على العديد من أنواع الرقائق ذات الصلعة، التي تُحدّد كل منها من الجلد، وآثار القرب من ارتفاع الترددات (نحو 20 إلى 100 كيلوهرتز من أجل الاختبار البحري). غير أن القدرة على الازدهار أو البوليوريثان تحمي من الاقتحامات التي تتعرض لها المياه المالحة، وتشتمل بعض التصميمات على نواة خصبة لتركيز التدفق المغناطيسي وتحسين الانقلاب؛ غير أن القيود على الوزن والتكاليف تعني ذلك.

أما بالنسبة للبيئات البحرية القصوى، فإن ] التصادم الكفاءات ] يجري استكشافه كبديل، بدلاً من التحفيز المغناطيسي، يستخدم الـWPT الحقول الكهربائية بين كهرباء الهضاب، ويمكن أن يتساهل هذا النهج مع الأجسام المعدنية في الميدان وقد يكون أقل تأثراً برش الملح، غير أن النظم الحالية للضغط الخفيض أقل من الطاقة الكهربائية والكفاءة مقارنة بالحلول البديلة.

نظم الجمع بين المحركات

ولا تزال الانقلابات الناشطة المتكررة تمثل النهج السائد في برنامج الاحترار البحري. ففي مركز البحوث الإقليمية، تشكل كل من أجهزة الإرسال والاستقبال جزءاً من دوائر الصهاريج المتردية التي تُستخدم بنفس التردد، مما يتيح نقل الطاقة بكفاءة على الثغرات الجوية البالغة 10 إلى 40 سم، وهو أمر نموذجي بالنسبة للعديد من سيناريوهات الترسب، وقد أثبت العمل الأخير في نظام Oak Ridge الوطني وجود فجوة في الطاقة تبلغ 300 في المائة.

- رفع مستوى أعلىيات التعويض - مثل سلسلة السلاسل، وسلسلة الشبهات، ورقم المبيعات، ورقم المبيعات، ورقم المبيعات، والرد على الموصلات، والتوازن بين الموصلات، والتقليل إلى أدنى حد من الموصلات التسربية، ويؤثر اختيار الطبقات على الكسب الفولطائي، والإجهاد الحالي، والحساسية إزاء تغيرات في الحمولة، أما بالنسبة للنظم البحرية التي لها ولايات شحن متغيرات التكييفية التكييفية التي تستخدم في صيانات العقارية أو المتغيرات.

الصمود والارتقاءات

وتجمع بعض أفرقة البحث بين الصمود المغناطيسي والعناصر المكثفة لإنشاء مختلطين الهجينين، وتستخدم هذه النظم ميدانا مغناطيسيا أوليا لمسار الطاقة الرئيسي، بينما توفر اللوحات السائبة المزيد من التقارب على الحواف، وتحسين التسامح إزاء سوء السلوك، وتظهر النتائج المبكرة من جامعة طوكيو أن نظاما هجينا يمكن أن يحافظ على كفاءة بنسبة 90 في المائة على التحول الأفقي الذي يبلغ 200 ملم والفجوة الرأسية البالغة 50 ملم.

وثمة اتجاه واعد آخر هو ] توفير الحماية الفعالة ] من الحقول المغناطيسية المضجرة، وباستخدام الفحم المساعد الذي يولد الغاء الحقول، فإن هذه النظم تخفض الانبعاثات الكهرومغناطيسية امتثالا للمبادئ التوجيهية التي وضعها المجلس الدولي لأمن الأطقم، وقد أظهرت الاختبارات التي أجريت على نموذج بحري مئوي أن الدرع النشط يقلص من حقول التسرب الخارجية بنسبة 85 في المائة، مع الحفاظ على كفاءة النظام عموما أعلى من 93 في المائة.

نظم السلطة الإلكترونية ونظم الرقابة

Efficient power conversion is essential for high-power WPT. Modern systems use silicon carbide (SiC) MOSFETs instead of traditional silicon IGBTs. SiC devices operate at higher shifting frequencies (50-200 kHz) with lower losses, enabling smaller transformers and filters. A Power study published in )]IE

وقد تطورت خوارزميات المراقبة من عملية بسيطة مفتوحة إلى نظم متطورة مغلقة تعمل على:

  • :: تنظيم المرحلة الابتدائية الحالية للحفاظ على إنتاج الطاقة المستمر أثناء نهج السفن وإغلاقها.
  • مراقبة التطاير من الجانب الثانوي لمطابقة ملف شحن البطاريات (CC-CV).
  • الاتصال بين السفن والسفن من أجل حواجز الأمان، وكشف الأخطاء، وتحديد المواعيد.
  • كشف سوء السلوك باستخدام الإغراء المعبر عنه أو الإشارات التجريبية - مما يخفف من قدرة السفينة على تخطي موقعها تلقائياً قبل بدء الشحن.

ويجري استبدال الاتصالات اللاسلكية اللاسلكية اللاسلكية التي تستخدم شبكة الإنترنت بواسطة قنوات الاتصال المتحركة القريبة من الحقول، التي تدمج في الرصيف المقيد، مما يلغي الاعتماد على وصلات اللاسلكي التي يمكن أن تحجبها البنى الفلزية الخارقة، ويفي هذا النهج المكثف بمتطلبات الأمن السيبراني البحري.

إدماج الهياكل الأساسية البحرية

ويتطلب نشر برنامج " WPT " على نطاق واسع التكامل مع النظم الكهربائية في الموانئ، وتوزيع الطاقة على متن السفن، وعمليات الترسب، وقد اقتُرحت عدة تشكيلات واختبرت:

المصطلحات الخاصة بالفرين

أما بالنسبة للأسمدة الكهربائية التي تقل فيها فترات زمنية قصيرة (10-30 دقيقة)، فإن الأزبادات ذات القدرة العالية تُضمَّن في زلازل أو في أسطح عائمة، وتضع السفينة نفسها على مجموعة من أفران النقل؛ وتُحدِّد، عند مواءمتها، شبكة اتصال على الشاطئ تُعدّل النظام، وتُستخدم العبّارة النرويجية MF AmpertWre[FBug:]

قوارب وخدمة فيسيلز

ويسمح برنامج منع الحمل بالشحن البورفي أثناء هذه الفترات دون تدخل طاقمي، وقد أطلق اتحاد من الشركاء الأوروبيين مشروع " الشحن البحري بلا هوادة " (WMC) :] في عام 2023، حيث حقق نظاماً من نظم الإنتاج الخفيض يبلغ 150 كيلوواط في ثلاث مرافئ.

مركبات تحت الماء المستقلة

وبالنسبة لمركبات الاتحاد الأفريقي، فإن محطة WPT تتيح محطات الرسو تحت الماء التي تشحن البطاريات دون سلك عبر الهيكل، وتلغي الحاجة إلى موصلات تعمل بالزبائن الرطبة، وتستعمل شركة U.S. البحرية XR-1 نظاماً لمركبات تعمل على ارتفاع مستوى سطح الماء بنسبة 300 كيلو متر، مع وجود فجوات نفطية في اختبارات الضغط.

التحديات والحواجز أمام التبني

وعلى الرغم من التقدم السريع، يجب التغلب على عدة عقبات قبل أن تصبح شركة WPT معيارا في الشحن التجاري.

السلامة من أجل الحياة البحرية والكريمة

ويمكن أن تؤثر الميادين المغناطيسية القوية على الكائنات المائية وتتداخل مع معدات الملاحة، وتوفر اللجنة الدولية لحماية الإشعاع غير المتعمد مبادئ توجيهية للحد من التعرض، ويجب أن تحد نظم الطاقة المتجددة البحرية من القوة الميدانية بالقرب من الوصل إلى أقل من 6.25 ميكروت بالنسبة لعامة الجمهور وأقل من 27 ميكروت بالنسبة للتعرض المهني، ويعد توفير الحماية الفعالة، كما سبقت مناقشته، حلا واحدا؛ وهناك نوع آخر يتعين العمل فيه في 100 من ميادين المياه.

Electromagnetic Compatibility (EMC)

وتولد الطاقة العالية القدرة على إحداث تغيرات شديدة التناسق والانبعاثات المشعّة، ويمكن أن تتداخل هذه العوامل مع الاتصالات والرادارات والشبكة العالمية لتحديد المواقع، ولإقرار معايير الرصد البحري (الوكالة الدولية المعنية بمكافحة التلوث الجوي 60533، وMML-STD-461)، والمرشحات مطلوبة على كل من الأجهزة الإلكترونية الأساسية والثانوية للطاقة، وتشتمل بعض النظم على تصفية نشطة باستخدام أجهزة الفرز التي يمكن أن تلغي المحتوى الناظري حتى الترتيب الـيـيـة الـة الـة الـة الـة الـة الـة الـة الـة الـة الـة الـة الـة الـة الـذيـة الـذيـذيـة الـة الـة الـذيـذيـة الـذيـة الـذيـذيـة الـذيـة الـذيـذيـذيـة الـذيـة الـة الـة الـة الـة الـة الـذيـة الـتـة الـة الـتـتـة الـة الـذيـة الـة الـ

توحيد المعايير وإمكانية التشغيل المتبادل

ولا يوجد حاليا معيار عالمي لمحطة الاحترار الحراري البحرية، حيث يستخدم مختلف الصانعين أحجاما مختلفة من الفحم، وترددات معتدلة (من طراز IEC 631 إلى 100 KHz)، وبروتوكولات الاتصالات، وهذا يعكس الأيام الأولى التي يستغرقها تشغيل المركبات الكهربائية قبل اعتماد معيار SAE J2954، وتعمل اللجنة على إعداد تقرير تقني (من طراز IEC 63183) عن تركيب السفن ذات القاعدة اللاسلكية من السفن البحرية التي يجب أن تكون مؤقتة في عام 2026.

التكلفة والقابلية للتسويق

وتكلفة منشآت التعبئة الحالية تتراوح بين 0.10 و0.30 دولار لكل واط من الطاقة الكهربائية، حسب مستوى الطاقة والتصلب البيئي.() وقد يكلف نظام شحن عبارات ميغاواط واحد 000 150 دولار و000 300 دولار، وهو ما يماثل موصلات بانتروج للأشعة السينية ذات الطاقة العالية، ولكنه أكثر تكلفة من مجرد رسوم الكابلات، غير أن التكلفة الإجمالية للملكية تشمل تخفيض الصيانة (لا توجد على موصلات يدوية، ولا معالجات للكابل)

الآفاق المستقبلية والبحوث الجارية

The next five years will likely see WPT power levels increase from hundreds of kilowatts to several megawatts, enabled by multi-coil array and higher-frequency operation. The Interreg North Sea Region WPT4Ships do, launched in 2024, aims to demonstrate a 3 MW wireless charrolld

وتركز البحوث أيضاً على الشحن الدينامي في الحركة حيث تسحب السفن السلطة من بنية تحتية شحن في الطرقات عندما تقترب أو تمر عبر الأقفال، وقد نشرت دراسة لجامعة كامبريدج في ] الطاقة النووية (2023) مقترحة لتضمين قنوات نقل في أساطيل القنوات للثلاجات الكهربائية، مع نتائج اختبارية تبين أن 45 كيلوواط من الطاقة قد نقلت في 5 كيلومترات.

وثمة حدود أخرى هي: نقل سلكي غير سلكي على مرحلتين ] (V2G)، حيث يمكن لبطاريات السفن أن تغذي الطاقة إلى الشبكة خلال فترة الذروة المطلوبة، وهذا يتطلب استخدام أجهزة إلكترونية ذات توجهين، وبروتوكولات اتصال قوية، وقدرت دراسة جدوى أجرتها الوحدة في الدانمرك أن أسطولاً يبلغ 20 عبيداً كهربائياً يبلغ 10 ميغاواط من القدرة على البطارية يمكن أن يوفر الدعم على الشبكة لمدة عامين تتجاوز ساعتين،

وأخيراً، فإن التكامل مع الملاحة المستقلة هو عامل رئيسي، إذ ستتطلب سفن مستقلة ذاتياً شحنات لا اتصال بها كجزء من موجز مهمتها، وتقضي شركة " ب. تي " على الحاجة إلى التدخل البشري، مما يتيح تشغيلها على مدار الساعة مع مراقبة إشرافية عن بعد، وتختبر مشاريع مثل ] سفينة روبوتية ] في سنغافورة رسوة مستقلة وشحنها إلى قوارب عمل ذات عيار 12 متراً، باستخدام " WPT " لإكمال العمليات " .

خاتمة

وينتقل نقل الطاقة اللاسلكية من الفضول المختبري إلى عامل تمكيني عملي من الدفع البحري الكهربائي، حيث تزيد الكفاءة المثبتة على 95 في المائة، ومستويات الطاقة التي تتجاوز 300 كيلوواط في نظم الإنتاج، والتصميمات القوية التي تم اختبارها في البيئات البحرية في العالم الحقيقي، يمكن أن تقلل من الحواجز التي تحول دون كهربة الأسمدة، وسفن الميناء، وفي نهاية المطاف السفن التي تنقل المحيطات، أما المعايير المتبقية المتعلقة بسلامة المحيطات، فتتمثل هذه التحديات، والتكاليف، والصناعات

ومع استمرار انخفاض تكاليف البطاريات وتشديد أنظمة الانبعاثات، فإن الجمع بين الدفع الكهربائي والشحن اللاسلكي يوفر مساراً قاهراً نحو النقل البحري الصفري الانبعاثات، وستصبح الموانئ التي تستثمر الآن في البنية التحتية لمحطة WPT في موقع يسمح لها باجتذاب الجيل القادم من السفن النظيفة، بينما يستفيد المجتمع من المرافئ الهاشمية والهواء الأنظف، وتوفر الموارد التالية مزيداً من العمق على أحدث النظم: